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Ökologie

1.1.04 Zuverlässige Langzeitwirkung – In-situ-Reinigungswand am Standort Rheine

Reinigungswände (Reaktive Wände) sind ein vielversprechender Ansatz, um kontaminierte Grundwasserleiter zu sanieren oder zu sichern. Im nordrheinwestfälischen Rheine wurde 1998 im Pilotmaßstab die erste vollflächig durchströmte Reaktionswand in Deutschland in einem mit chlorierten Kohlenwasserstoffen belasteten quartären Grundwasserleiter installiert (DBU-Projekt). In einem anschließend vom BMBF geförderten, weitergehenden Forschungsund Entwicklungsprojekt untersuchten Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft gemeinsam das Langzeitverhalten der Reinigungswand und inwieweit sich Eisen dort als reaktives Material nutzen lässt.

Die Mull und Partner Ingenieurgesellschaft mbH, Hannover, errichtete im Juni 1998 mit Förderung durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) eine Grundwasserreinigungswand im Feldmaßstab, um mit leichtflüchtigen halogenierten Kohlenwasserstoffen (LHKW) wie Tetrachlorethen (PCE) oder Trichlorethen belastetes Grundwasser zu reinigen. Dabei diente ein neues poröses nullwertiges Eisen (Fe0), „Eisenschwamm“ genannt, als reaktives Material.

Schadstoffe aus einer Wäscherei

Vertikalaufbau der Reinigungswand am Standort Rheine

Vertikalaufbau der Reinigungswand am Standort Rheine
Vertikalaufbau der Reinigungswand am Standort Rheine
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Die Reaktionswand wurde nach etwa 700 Metern im Abstrom einer massiven Kontamination des Untergrunds mit PCE errichtet. Verursacher der Verunreinigung ist eine ehemalige Wäscherei. Bei der Reinigungswand handelt es sich um ein etwa sechs Meter tiefes, 22,5 Meter langes, 88 Zentimeter dickes, vollflächig von kontaminiertem Grundwasser durchströmtes Wandbauwerk. Es ist bis zu einer Höhe von rund 3,5 Metern, also oberhalb des maximal zu erwartenden Grundwasserstands, mit zwei reaktiven Materialien gefüllt. Dabei handelt es sich um einen Eisenschwamm der MITTAL Steel Hamburg GmbH (früher ISPAT Hamburger Stahlwerke GmbH) sowie ein Gemisch aus 70 Prozent Perlkies und 30 Prozent Graugusseisengranulat der Firma Gotthart Meier AG aus Rheinfelden. Die Aufteilung in zwei Segmente dient dazu, das Verhalten der Materialien zu vergleichen. Auf diese Weise wird seit 1998 der Schadstoff PCE in einer Konzentration von mehreren 1.000 Mikrogramm pro Liter zu über 99 Prozent zuverlässig abgebaut.

Studien zur Langzeitwirkung

Neben dieser Aktivität wird die Anlage für verschiedene Langzeituntersuchungen genutzt. Die Projekte „Voruntersuchungs-, Monitoring- und Qualitätsmanagement für Reaktionswände“ (Christian-Albrechts-Universität Kiel), „Auswertung zum Langzeitverhalten einer Eisenreaktiven Wand am Beispiel des Standortes Rheine“ (Mull und Partner Ingenieurgesellschaft mbH) und „Biologische Prozesse in einer reaktiven Eisenwand“ (TU Berlin) wurden durch das BMBF gefördert. Ziel der Forschungsaktivitäten war es, das Langzeitverhalten der Reinigungswand zu beobachten und ein Monitoringprogramm zu entwickeln, um die geochemischen, hydrogeologischen und biologischen Prozesse in und im Umfeld der Fe0-Reinigungswand zu untersuchen.

Zuverlässig seit vielen Jahren

Seit nunmehr über zehn Jahren gewährleistet die Reaktionswand Rheine eine stete Reinigung des Grundwassers, wobei die beiden unterschiedlichen Materialien verschiedene Reinigungsleistungen erzielen. Die Grundwasseruntersuchungen zeigten, dass der Eisenschwamm in den ersten sechs bis zwölf Monaten nach der Installation eine Reinigungsleistung von rund 70 bis 80 Prozent erbrachte. Danach stieg sie auf mehr als 99 Prozent. Seit mehreren Jahren liegen die im Abstrom bestimmten LHKW-Konzentrationen nun unterhalb von zehn Mikrogramm pro Liter.

Die LHKW-Konzentrationen im Abstrom des mit der Mischung aus Graugusseisengranulat und Perlkies verfüllten Abschnitts der Reinigungswand entwickelten sich anders. Hier wurden anfänglich sehr gute Reinigungsleistungen von über 99 Prozent erzielt. Nachdem die Reaktionswand etwa acht bis zwölf Monate in Betrieb war, wurden nur noch rund 80 Prozent der einströmenden LHKW-Gehalte abgebaut. Diese Reinigungsleistung blieb bis heute nahezu konstant. Übereinstimmend mit den Ergebnissen aus Kernbohrungen konnten die Wissenschaftler eine teilweise Entmischung von Kies und Eisen als Ursache für die verminderte Abbauleistung in diesem Abschnitt der Reinigungswand erkennen.

Sowohl Strömungsmodellierungen als auch Pump- und Tracer-Versuche zeigten deutlich, dass die Durchströmung der Reinigungswand gewährleistet ist und sie nicht um- oder überströmt wird. Außerdem konnten die Experten belegen, dass sich in der Betriebszeit hydraulische Veränderungen durch Präzipitate oder Gasbildung in der Reinigungswand eingestellt haben.

Biologische Aspekte

Verringerung der Schadstoffkonzentration beim Durchströmen der Reinigungswand

Verringerung der Schadstoffkonzentration beim Durchströmen der Reinigungswand
Verringerung der Schadstoffkonzentration beim Durchströmen der Reinigungswand
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Die Wissenschaftler der TU Berlin wiesen im Rahmen des Projekts weiterhin nach, dass in den beiden verwendeten Eisenmaterialien nach einigen Jahren Bakterien auftreten. Durch die Beschreibung der biologischen Aktivitäten aller relevanten physiologischen Bakteriengruppen konnten grundlegende Erkenntnisse zur mikrobiellen Besiedlung gewonnen werden. Wie sich herausstellte, sind in einem absehbaren Zeitrahmen keine negativen Auswirkungen auf die Langzeitstabilität der Dechlorierungsleistung von Eisenreinigungswänden durch die vorhandenen Mikroorganismen zu erwarten.

Verwertung der Ergebnisse

Die Zusammenschau aller Forschungsarbeiten macht deutlich: Die Pilot- und Demonstrations-Reinigungswand Rheine ist eine erfolgreiche Anwendung im langjährigen Einsatz. Zu den Resultaten des Projekts gehört auch die Anmeldung eines Markennamens für den Eisenschwamm durch die Mull und Partner Ingenieurgesellschaft mbH. Er wird unter dem Namen „ReSponge“ vertrieben und ist bei den Patent- und Markenämtern in Europa (07/2005) und den USA (12/2005) eingetragen. Darüber hinaus hat das Unternehmen im Jahr 2003 mit der MITTAL Steel GmbH in Hamburg eine vertragliche Vereinbarung zur Vermarktung von Eisenschwamm zu Sanierungszwecken getroffen.

Projekt-Website www.rubin-online.de

Mull und Partner Ingenieurgesellschaft mbH
Dr. Martin Wegner
Joachimstraße 1
30159 Hannover
Tel.: 05 11/12 35 59-59
Fax: 05 11/12 35 59-55
E-Mail: wegner@mullundpartner.de
Förderkennzeichen: 0281238

Christian-Albrechts-Universität Kiel Institut für Geowissenschaften
Prof. Dr. Andreas Dahmke
Dr. habil. Markus Ebert
Ludwig-Meyn-Straße 10
24118 Kiel
Tel.: 04 31/8 80-28 58, -46 09
Fax: 04 31/8 80-76 06
E-Mail: ad@gpi.uni-kiel.de, me@gpi.uni-kiel.de
Förderkennzeichen: 02WR0208

Technische Universität Berlin
Institut für Technischen Umweltschutz (ITU)
Arbeitsgruppe Umwelthygiene

Dr. Martin Steiof
Amrumer Straße 32
13353 Berlin
Tel.: 0 30/31 42 75-32
Fax: 0 30/31 42 75-75
E-Mail: martin.stelof@tu-berlin.de
Förderkennzeichen: 0271262
Water as a resource
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Projekt-Website

www.rubin-online.de